背景介紹
有機(jī)室溫磷光材料具有三線態(tài)壽命長(zhǎng)、允許激子長(zhǎng)距離遷移、避免生物體背景熒光干擾等優(yōu)點(diǎn)，在光電、防偽、生化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景而受到了人們的廣泛關(guān)注。但是有機(jī)化合物通常受限于大的非輻射速率常數(shù)和小的自旋軌道耦合，以及三重態(tài)對(duì)溫度和氧氣的高敏感性使得高效純有機(jī)室溫磷光材料的開發(fā)極具挑戰(zhàn)，特別是通過精準(zhǔn)的分子結(jié)構(gòu)調(diào)控構(gòu)建高效純有機(jī)室溫磷光材料仍為該領(lǐng)域研究的一大難點(diǎn)。
論文詳情
基于以上背景，香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士、內(nèi)蒙古大學(xué)王建國(guó)教授、南京工業(yè)大學(xué)馬會(huì)利副教授提出了一種調(diào)控分子內(nèi)氫鍵和推拉電子效應(yīng)構(gòu)建高效超長(zhǎng)純有機(jī)室溫磷光材料的分子設(shè)計(jì)策略。隨著分子內(nèi)氫鍵和推拉電子效應(yīng)的增強(qiáng)，分子結(jié)構(gòu)逐步趨于平面，且分子間 D-A 相互作用、n-π 電子耦合作用和 J聚集體逐步形成，使得材料的磷光量子產(chǎn)率顯著提高。理論計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含有雙重分子內(nèi)氫鍵和最強(qiáng)推拉電子效應(yīng)的 CzPM 和 CzPMBr 存在顯著的高能級(jí)系間竄越（Sm→Tn，m>1，n>1），這貢獻(xiàn)了它們?cè)谕盗兄凶罡叩牧坠饬孔赢a(chǎn)率。利用材料優(yōu)異的室溫磷光性質(zhì)，它們被成功應(yīng)用在字畫的防偽中。
該成果以" Modulation of the intramolecular hydrogen bonding and push–pull electron effects toward realizing highly efficient organic room temperature phosphorescence"為題發(fā)表在 Journal of Materials Chemistry C 的 Emerging Investigators ?？?，并入選為期刊熱點(diǎn)文章（HOT Papers）。內(nèi)蒙古大學(xué)姜國(guó)玉副教授、香港中文大學(xué)（深圳）李琦瑤博士、南京工業(yè)大學(xué)呂安琪為本文第一作者，香港中文大學(xué)（深圳）唐本忠院士、內(nèi)蒙古大學(xué)王建國(guó)教授、南京工業(yè)大學(xué)馬會(huì)利副教授為本文通訊作者。
研究亮點(diǎn)
亮點(diǎn)一：提出分子內(nèi)氫鍵和推拉電子效應(yīng)調(diào)控策略增強(qiáng)超長(zhǎng)純有機(jī)室溫磷光材料的磷光量子效率；
亮點(diǎn)二：發(fā)現(xiàn)高能系間竄越（Sm→Tn，m>1，n>1）在平面型有機(jī)室溫磷光材料中具有重要的作用。
圖文解析
▲ | 圖 1.（A）CzPh、CzPy、CzPM、CzPhBr、CzPyBr 和 CzPMBr 的化學(xué)結(jié)構(gòu)式及其在晶態(tài)時(shí)的磷光性質(zhì)；（B） CzPh、CzPy、CzPM、CzPhBr、CzPyBr 和 CzPMBr 在晶態(tài)時(shí) 365 nm 紫外燈開啟和關(guān)閉時(shí)的發(fā)光照片；（C） CzPh、CzPy 和 CzPM 的即時(shí)和延遲（延遲 50 ms）發(fā)光光譜；（D） CzPh、CzPy 和 CzPM 的即時(shí)和延遲（延遲 50 ms）發(fā)光光譜；（E） CzPh、CzPy 和 CzPM 的磷光壽命光譜；（F） CzPh、CzPy 和 CzPM 的磷光壽命光譜。 |
▲ | 圖 2.（A） 六種化合物的單晶結(jié)構(gòu)、二面角及其分子內(nèi)氫鍵距離；（B） 六種化合物的分子間堆積、C–H···π 和 π-π 相互作用距離。 |
▲ | 圖 3.（A） 基于 TD-DFT 方法，計(jì)算的CzPMBr 分子的能級(jí)、旋軌耦合常數(shù)及可能的躍遷通道；（B） 高能態(tài)之間的系間竄越通道示意圖。 |
▲ | 圖 4. 字畫在 365 nm 紫外燈開啟（左）和關(guān)閉（右）時(shí)的發(fā)光照片。 |
論文信息
Modulation of the intramolecular hydrogen bonding and push-pull electron effects toward realizing highly efficient organic room temperature phosphorescence
Guoyu Jiang, Qiyao Li, Anqi Lv, Lingxiu Liu, Jianye Gong, Huili Ma,*（馬會(huì)利，南京工業(yè)大學(xué)），Jianguo Wang,* （王建國(guó)，內(nèi)蒙古大學(xué)）and Ben Zhong Tang*（唐本忠，香港中文大學(xué)）
J. Mater. Chem. C., 2022
http://doi.org/10.1039/D2TC01093C
內(nèi)蒙古大學(xué)第一作者
姜國(guó)玉，理學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。入選內(nèi)蒙古自治區(qū)第十批“草原英才”，江西省杰出青年基金獲得者。2007 年畢業(yè)于北京師范大學(xué)，獲學(xué)士學(xué)位；2012 年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，獲博士學(xué)位。2012-2014 年就職于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，任助理研究員；2014-2019 年就職于贛南師范大學(xué)，任副教授，碩士生導(dǎo)師；2019 年，以學(xué)術(shù)骨干加入內(nèi)蒙古大學(xué)，任副教授，碩士生導(dǎo)師。主要從事有機(jī)光電功能材料研究工作（包括近紅外熒光材料的設(shè)計(jì)合成、光動(dòng)力抗菌/抗癌研究等）。主持國(guó)家自然科學(xué)基金（3 項(xiàng)）、 江西省自然科學(xué)基金等各類項(xiàng)目 13 項(xiàng)。近五年，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文40余篇，一作和通訊作者論文 28 篇，包括 ACS Nano、Chem. Commun.、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.等。獲授權(quán)發(fā)明專利 9 項(xiàng)。參與編寫《Handbook of Aggregation-Induced Emission》（Wiley Press）英文專著第 11 章。
香港中文大學(xué)（深圳）
李琦瑤，博士，香港中文大學(xué)（深圳）博士后。2021 年 8 月畢業(yè)于香港科技大學(xué)化學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，師從唐本忠院士；同年 9 月，加入香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)校唐本忠院士課題組分子聚集體科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展博士后研究工作，主要從事新型多功能聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用；近三年，在 Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Chem. Sci. 等國(guó)際高質(zhì)量期刊發(fā)表論文 4 篇；授權(quán)國(guó)際專利 1 項(xiàng)。
南京工業(yè)大學(xué)
呂安琪，2017 年畢業(yè)于牡丹江師范學(xué)院，獲學(xué)士學(xué)位；目前就讀于南京工業(yè)大學(xué)，攻讀博士學(xué)位，導(dǎo)師為馬會(huì)利副教授和安眾福教授。主要從事有機(jī)磷光材料的模擬計(jì)算工作。主持江蘇省科研創(chuàng)新項(xiàng)目（1 項(xiàng)）。近五年，在 Nat. Mater.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等高水平學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表 SCI 論文 20 余篇，一作和共同一作論文4 篇。
南京工業(yè)大學(xué)通訊作者簡(jiǎn)介
馬會(huì)利，理學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。2014 年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，獲博士學(xué)位。2014-2017 年于清華大學(xué)從事博士后研究。2018 年至今，就職于南京工業(yè)大學(xué)，任副教授，碩士生導(dǎo)師；主要從事有機(jī)磷光材料的理論與計(jì)算化學(xué)研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金 2 項(xiàng)（面上和青年）、江蘇省基金 2 項(xiàng)（“雙創(chuàng)博士”高層次人才和高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上）。近五年，共發(fā)表 SCI 論文 80 余篇，其中第一作者和通訊作者論文 30 余篇，包括 Nat. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater. 等，H 因子 35。
內(nèi)蒙古大學(xué)
王建國(guó)，理學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師。入選教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者、內(nèi)蒙古自治區(qū)杰出青年、內(nèi)蒙古自治區(qū)第十批“草原英才”、江西省科技創(chuàng)新杰出青年、贛州市科技創(chuàng)新杰出青年、內(nèi)蒙古大學(xué)“駿馬計(jì)劃”、內(nèi)蒙古大學(xué)青年科技人才培育計(jì)劃等人才計(jì)劃。2014 年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，獲博士學(xué)位。2014-2019 年就職于贛南師范大學(xué)，任講師/副教授，碩士生導(dǎo)師；2019 年，以“駿馬計(jì)劃”加入內(nèi)蒙古大學(xué)，任研究員/教授，博士生導(dǎo)師。主要從事有機(jī)光電功能材料研究（包括近紅外熒光材料的設(shè)計(jì)合成、光動(dòng)力抗菌/抗癌研究等）。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上、青年、地區(qū)等各類項(xiàng)目 18 項(xiàng)。近五年，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上以一作和通訊作者發(fā)表 SCI 論文 40 余篇，包括 Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等，獲授權(quán)發(fā)明專利 14 項(xiàng)?，F(xiàn)為 Frontiers in Chemistry 的客座編輯、《發(fā)光學(xué)報(bào)》青年編委、《集成技術(shù)》編委、中國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)生物學(xué)會(huì)會(huì)員。
香港中文大學(xué)（深圳）
唐本忠，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院院長(zhǎng)，校長(zhǎng)講座教授。中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士、亞太材料科學(xué)院院士、國(guó)際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)“生物材料科學(xué)與工程Fellow”、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，曾任廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)帶頭人、973 計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人?，F(xiàn)任中國(guó)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事、華南理工大學(xué)和德國(guó)威利出版社（Wiley）聯(lián)合期刊 Aggregate 主編、《中國(guó)科學(xué)：化學(xué)》副主編、《化學(xué)進(jìn)展》副主編、Adv. Polym. Sci.（Springer）編輯等。在國(guó)內(nèi)外頂尖雜志上發(fā)表論文 1600 余篇，他引十三萬余次，h 指數(shù)為 167。曾先后獲得多項(xiàng)榮譽(yù)及獎(jiǎng)勵(lì)，如國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)（2017），何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（2017）、第 27 屆夸瑞茲密國(guó)際科學(xué)獎(jiǎng)（2014）、美國(guó)化學(xué)會(huì)高分子學(xué)術(shù)報(bào)告獎(jiǎng)（2012）、國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（2007）、裘槎高級(jí)研究成就獎(jiǎng)（2007）、中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子基礎(chǔ)研究王葆仁獎(jiǎng)（2007）和愛思唯爾出版社馮新德聚合物獎(jiǎng)（2007）等。
